CN103924107B - 铝钕钐三元中间合金的制备方法 - Google Patents

铝钕钐三元中间合金的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铝钕钐三元中间合金的制备方法，包括以下步骤：预热Al-Nd、Al-Sm二元中间合金到151～200℃；将Al-Nd二元中间合金加入到熔炼炉，完全熔化，升高温度到736～745℃后加入Al-Sm二元中间合金；合金完全熔化后在736～745℃保温11～20min，再将熔体间歇超声处理，超声强度0.6kw/cm2～0.79kw/cm2，超声时间46～50min，高能超声每次施加时间81～90s，间歇时间81～90s；将熔体降至711～720℃精炼、除气、除渣浇注。本发明的制备方法中没有使用纯铝，省去熔炼纯铝时间，高能间歇超声处理合金，能有效避免稀土烧损，减少氧化夹杂以及成分偏析。

Description

铝钕钐三元中间合金的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域。
背景技术
铝合金作为金属材料中典型的轻质材料，和钢铁材料相比，具有高强度、低密度、高断裂韧度、热膨胀系数小，以及高抗应力腐蚀能力等优良特性，在机械、化工、汽车、建筑、航空、航天领域得以广泛应用。对铝合金铸锭来说，细化晶粒可使其内部组织均匀，减少偏析，提高塑性，防止裂纹和缩孔等缺陷。在铝及铝合金中添加适量的稀土元素，能改善其性能，发展新材料。通常稀土元素具有很强的表面化学活性，具有合金化、净化、变质等作用。
在Al-RE铝合金广泛运用到工业生产中时，对其熔炼技术提出了新的要求：在保证合金性能的前提下，以最少的能量在最短的时间里熔炼出合格的Al-RE铝合金，既减少了合金熔炼的时间和金属元素的损耗，节约了生产成本，又能够准确控制合金的成分。从而有效地提高生产效率，减少污染。由于稀土均有不同程度的变质能力，可以生成不同的金属间化合物。因此可以通过添加几种不同的稀土来获得几种提高合金性能的金属间化合物，从而制备出不同的铝-RE三元中间合金。文献[李厅.混合稀土变质再生铝合金ADC12的组织及性能研究.2011，南昌大学]中报道了一种制备Al-La-Ce三元中间合金的方法。但是这种方法稀土氧化烧损严重，La和Ce的烧损量分别为12.21%和16.87%，并且还出现了一定程度的成分偏析。因此找出一种制备Al-RE三元中间合金的简单方法具有重要意义。
人们不断探索铝—稀土中间合金的制备方法，目前制备稀土铝合金的生产方法大致概括有以下两种：1、直接熔合法，是将稀土或混合稀土金属按一定比例加入到高温铝液中，制得中间合金。其特点是操作方便，合金成分含量稳定。缺点就是容易引起合金成分偏析，造成局部成分过浓、分散不均匀等缺陷。2、熔盐电解法，在电解炉内，以氯化钾、稀土氧化物和稀土氯化物等作为电解质，在铝液中电解制得铝—稀土中间合金。在工业铝电解槽中直接加入稀土化合物，通过电解制得铝—稀土中间合金。但在电解过程中会产生有毒气体，污染环境，危害人体健康。除此之外，合金成分难以控制，波动范围较大。
本发明是在直接熔合法的基础上引入高能超声处理，利用高能超声的声空化效应和声流效应使制得的中间合金成分均匀，稀土烧损率低，防止偏析。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种铝钕钐三元中间合金的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：
1、预热Al-Nd、Al-Sm二元中间合金到151～200℃。所述Al-Nd二元中间合金为Al-(15～20wt.%)Nd，Al-Sm二元中间合金为Al-(20～30wt.%)Sm；
2、将Al-Nd二元中间合金加入到熔炼炉，完全熔化，升高温度到736～745℃后加入Al-Sm二元中间合金；
3、合金完全熔化后在736～745℃保温11～20min，再将熔体间歇超声处理，超声强度0.6kw/cm2～0.79kw/cm2，超声时间46～50min，高能超声每次施加时间81～90s，间歇时间81～90s；超声时超声头伸入熔体16～20mm；
4、将熔体降至711～720℃，精炼、除气、除渣后浇注，得到铝钕钐三元中间合金。所述精炼剂为FX-LQ，加入量为熔体总重量的0.16～0.2%，作用时间6～8min，精炼剂要预热处理，且边加精炼剂边轻轻搅拌熔体。所述用C2Cl6除气，加入量为熔体总重量的0.51～0.6%，作用时间11～15min。
本发明的技术效果是：本发明的制备方法中没有使用纯铝，省去熔炼纯铝时间。高能间歇超声处理合金。方法简便，合金成分稳定，能有效避免稀土烧损，减少氧化夹杂以及成分偏析，且工艺简单、安全可靠，操作方便，无三废污染。
附图说明
图1为本发明制备的Al-15Nd-20Sm三元中间合金显微组织金相图。
具体实施方式
本发明将通过以下实施实例作进一步说明，但本发明的具体实施方式不局限于下述的实施例。
实施例1：分别将Al-20wt.%Nd、Al-30wt.%Sm放入坩埚内预热到200℃。将Al-20wt.%Nd二元中间合金加入到熔炼炉，完全熔化，升高温度到745℃后加入Al-30wt.%Sm二元中间合金。合金完全熔化后在745℃保温20min。在上述合金熔体液面下20mm处施加间歇高能超声，超声强度0.79kw/cm2，超声时间50min，高能超声每次施加时间90s，间歇时间90s；将熔体降至720℃，加入熔体总重量的0.20%FX-LQ精炼剂精炼8min，再加入熔体总重量的0.6%的C2Cl6除气15min。除渣后浇注，得到Al-20Nd-30Sm三元中间合金。
实施例2：分别将Al-18wt.%Nd、Al-25wt.%Sm放入坩埚内预热到180℃。将Al-18wt.%Nd二元中间合金加入到熔炼炉，完全熔化，升高温度到736℃后加入Al-25wt.%Sm二元中间合金。合金完全熔化后在740℃保温15min。在上述合金熔体液面下18mm处施加间歇高能超声，超声强度0.7kw/cm2，超声时间48min，高能超声每次施加时间85s，间歇时间85s；将熔体降至715℃，加入熔体总重量的0.18%FX-LQ精炼剂精炼7min，再加入熔体总重量的0.55%的C2Cl6除气13min。除渣后浇注，得到Al-18Nd-25Sm三元中间合金。
实施例3：分别将Al-15wt.%Nd、Al-20wt.%Sm放入坩埚内预热到151℃。将Al-15wt.%Nd二元中间合金加入到熔炼炉，完全熔化，升高温度到736℃后加入Al-20wt.%Sm二元中间合金。合金完全熔化后在736℃保温11min。在上述合金熔体液面下16mm处施加间歇高能超声，超声强度0.6kw/cm2，超声时间46min，高能超声每次施加时间81s，间歇时间81s；将熔体降至711℃，加入熔体总重量的0.16%FX-LQ精炼剂精炼6min，再加入熔体总重量的0.51%的C2Cl6除气11min。除渣后浇注，得到Al-15Nd-20Sm三元中间合金。
如附图1所示，为实施例3条件下获得的合金组织。将制得的Al-15Nd-20Sm三元中间合金进行ICP检测，结果显示合金中Nd含量为14.95wt.%，Sm含量为19.8wt.%。经过计算稀土Nd、Sm的烧损率均低于5%。从图中可以看出，由于超声波的声空化和声流化效应对熔体的搅拌、分散作用，Al-15Nd-20Sm合金组织分布均匀，无氧化夹杂和成分偏析现象，且工艺简单、安全可靠，操作方便，无三废污染。
综上所述，本发明得到的Al-Nd-Sm三元中间合金组织分布均匀，无氧化夹杂和成分偏析现象，且工艺简单、安全可靠，操作方便，无三废污染。

Claims (5)

1.一种铝钕钐三元中间合金的制备方法，其特征在于：预热Al-Nd、Al-Sm二元中间合金到151～200℃；将Al-Nd二元中间合金加入到熔炼炉，完全熔化，升高温度到736～745℃后加入Al-Sm二元中间合金；合金完全熔化后在736～745℃保温11～20min，再将熔体间歇超声处理，超声强度0.6kW/cm2～0.79kW/cm2，超声时间46～50min，高能超声每次施加时间81～90s，间歇时间81～90s；将熔体降至711～720℃，精炼、除气、除渣后浇注，得到铝钕钐三元中间合金。
2.根据权利要求1所述的铝钕钐三元中间合金的制备方法，其特征是，所述Al-Nd二元中间合金为Al-(15～20wt.%)Nd，Al-Sm二元中间合金为Al-(20～30wt.%)Sm。
3.根据权利要求1所述的铝钕钐三元中间合金的制备方法，其特征是，所述超声时超声头要伸入熔体16～20mm。
4.根据权利要求1所述的铝钕钐三元中间合金的制备方法，其特征是，精炼剂为FX-LQ，加入量为熔体总重量的0.16～0.2%，精炼剂要预热处理，作用时间6～8min，且边加精炼剂边轻轻搅拌熔体。
5.根据权利要求1所述的铝钕钐三元中间合金的制备方法，其特征是，用C2Cl6除气，加入量为熔体总重量的0.51～0.6%，作用时间11～15min。
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